三一集團始(shi)創于1989年(nian)，是全球(qiu)領先的工程機械制造(zao)企業(ye)。2021年(nian)5月13日，三一重工入圍福布斯全球(qiu)企業(ye)2000強榜單，排名(ming)第(di)468位，首次濟身全球(qiu)企業(ye)500強，是榜單中排名(ming)中國(guo)第(di)一、全球(qiu)第(di)二的工程機械企業(ye)。
作(zuo)為(wei)重工(gong)(gong)領域的(de)標桿，三一(yi)集團以其18號(hao)廠(chang)房(fang)和北京樁機工(gong)(gong)廠(chang)成為(wei)智能制造應用基礎(chu)的(de)示范(fan)。18號(hao)廠(chang)房(fang)更像(xiang)是一(yi)個(ge)(ge)大型(xing)計算系統加上傳統的(de)操作(zuo)工(gong)(gong)具、大型(xing)生(sheng)產設備的(de)智慧體，每一(yi)次(ci)生(sheng)產過(guo)程(cheng)、每一(yi)次(ci)質(zhi)量檢(jian)測(ce)、每一(yi)個(ge)(ge)工(gong)(gong)人勞動量都(dou)記(ji)錄在案。裝配(pei)區、高精機加區、結構件(jian)區、立庫(ku)區等幾大主要(yao)功(gong)能區域都(dou)是智能化(hua)、數字化(hua)模式的(de)產物。
高度離散制造企業的困局
三(san)一是一個高(gao)(gao)度(du)離散型制(zhi)造(zao)(zao)(zao)企業，這種(zhong)(zhong)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)模式分(fen)散且(qie)獨(du)立，需要大量(liang)的人力(li)物力(li)，造(zao)(zao)(zao)成(cheng)企業成(cheng)本提高(gao)(gao)，這種(zhong)(zhong)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)模式顯然不能滿(man)足企業高(gao)(gao)質量(liang)的發展需求。三(san)一積極借助(zhu)信息化時代(dai)的優勢，導(dao)入智能制(zhi)造(zao)(zao)(zao)模式，優化運(yun)行(xing)系統，提升設備生產制(zhi)造(zao)(zao)(zao)能力(li)，積極應(ying)對工程(cheng)機械企業多品種(zhong)(zhong)、高(gao)(gao)效(xiao)率(lv)、高(gao)(gao)質量(liang)、低成(cheng)本方面的壓(ya)力(li)與挑戰。
本項目建設實(shi)體18號廠(chang)房建筑(zhu)面積10萬(wan)平方米，是亞洲最大的單體生產廠(chang)房，有混(hun)凝土(tu)機(ji)械(xie)、路面機(ji)械(xie)、港口(kou)機(ji)械(xie)等多(duo)條裝配線，是三(san)一(yi)重工(gong)總(zong)裝車間，年產能300億(yi)元，生產的混(hun)凝土(tu)機(ji)械(xie)全球第一(yi)，港口(kou)機(ji)械(xie)中國第一(yi)。
技術創新，智能引領
2.1 / 總體架構
18號智能(neng)工廠(chang)從產(chan)品(pin)(pin)設(she)計→工藝→工廠(chang)規(gui)劃(hua)→生產(chan)→交付，打通產(chan)品(pin)(pin)到(dao)交付的(de)核(he)心流程，總體架構如圖1所示。
圖(tu)1 18號廠(chang)房智能工廠(chang)總體結(jie)構(gou)圖(tu)
? 全三維環境(jing)下的(de)數(shu)字(zi)化工廠建模平(ping)臺(tai)、工業(ye)設計軟件，以及產品全生命(ming)周期(qi)管理系統的(de)應用，實現數(shu)字(zi)化研發與協(xie)同;
? 多車(che)間協同(tong)制造環境下計(ji)劃與執行一體化、物流(liu)配(pei)送(song)敏捷化、質量(liang)管(guan)控協同(tong)化，實現混流(liu)生產(chan)與個(ge)性化產(chan)品制造，以及人、財、物、信息(xi)的集成管(guan)理;
? 自動化立體庫/ AGV、自動上(shang)下(xia)料等智能裝備(bei)的應用，以(yi)及設備(bei)的M2M 智能化改(gai)造，實現物與(yu)(yu)物、人(ren)與(yu)(yu)物之間的互(hu)聯互(hu)通(tong)與(yu)(yu)信息握手(shou);
? 基于物聯網技術的多源異構數據采集和支持數字化車間全面集成的工業互聯網絡，驅動部門(men)業務協同與各(ge)應用(yong)深(shen)度集成。
2.2 / 基于三維仿真的數字化規劃
通(tong)過對(dui)整個生產工藝流程建模，在(zai)虛擬場景(jing)中試生產，優(you)化規(gui)(gui)(gui)劃方案。在(zai)規(gui)(gui)(gui)劃層面的(de)仿(fang)真模型實(shi)驗過程中實(shi)現(xian)產能(neng)分析與評估，通(tong)過預測(ce)未(wei)來(lai)可能(neng)的(de)市(shi)場需求，動態模擬廠房生產系統的(de)響應(ying)能(neng)力;在(zai)裝配(pei)計劃層面的(de)仿(fang)真模型中，通(tong)過仿(fang)真實(shi)驗進行節拍平衡分析與優(you)化，規(gui)(gui)(gui)劃最(zui)優(you)的(de)裝配(pei)任務(wu)和資源(yuan)配(pei)置。
圖2 基于三維仿真的數(shu)字化規劃應用(yong)圖
2.3 / 工業物聯(lian)網(wang)與智能產線
利用智能裝備(bei)實(shi)(shi)現生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)過程自動(dong)化、機(ji)器換人，提升生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)效率(lv);同時(shi)搭建工業生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)物聯網，通(tong)過網絡連入機(ji)臺，實(shi)(shi)現機(ji)臺的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)信(xin)息采集、機(ji)臺互聯，以及自動(dong)控制與(yu)數據(ju)傳輸，使機(ji)臺使用率(lv)最大化。
圖3 智能裝備(bei)的應用(yong)示意圖
基于物聯網平臺集成的現場設備數據、生產管理數據和外部數據，運用機器學習、人工智能等大(da)數(shu)據(ju)分(fen)析與(yu)挖掘技術，建立(li)產(chan)品、工藝(yi)、設備、產(chan)線(xian)等數(shu)字(zi)化(hua)模型(xing)，提供生產(chan)工藝(yi)與(yu)流程(cheng)優化(hua)、設備預測性維護(hu)、智能排產(chan)等新型(xing)工業應用。
圖4 工業生產物聯網應用結構圖
2.4 / MES和(he)ERP無縫集成
集成MES系(xi)統(tong)與(yu)ERP系(xi)統(tong)，實(shi)(shi)現(xian)了客(ke)(ke)(ke)(ke)戶訂單下達到生(sheng)產(chan)制(zhi)造(zao)、產(chan)品交(jiao)付(fu)(fu)以(yi)(yi)及售(shou)后追蹤(zong)的(de)(de)全流程信息化，實(shi)(shi)現(xian)了生(sheng)產(chan)制(zhi)造(zao)現(xian)場與(yu)客(ke)(ke)(ke)(ke)戶的(de)(de)實(shi)(shi)時交(jiao)互。客(ke)(ke)(ke)(ke)戶的(de)(de)個性化需求(qiu)可以(yi)(yi)第一(yi)時間到達計劃、制(zhi)造(zao)、商務等相關(guan)部(bu)門，制(zhi)造(zao)人員就能直接按照客(ke)(ke)(ke)(ke)戶的(de)(de)要求(qiu)進(jin)行(xing)快速生(sheng)產(chan)和交(jiao)付(fu)(fu)，客(ke)(ke)(ke)(ke)戶也可以(yi)(yi)隨時了解(jie)所購買設備(bei)的(de)(de)生(sheng)產(chan)進(jin)度。
圖5 SANY MES系統結構圖
生(sheng)(sheng)產現(xian)(xian)場以MES系統(tong)為主線，輔(fu)助(zhu)智能派工(gong)、現(xian)(xian)場LED看板等可視化信息，集成化計劃(hua)/物流/質量(liang)等控制(zhi)系統(tong)，從生(sheng)(sheng)產計劃(hua)下(xia)達、物料配送(song)、作業標準查詢、質量(liang)管(guan)理等維(wei)度(du)進行在線管(guan)控，實(shi)現(xian)(xian)了人員(yuan)、資(zi)源實(shi)時(shi)調度(du)，生(sheng)(sheng)產制(zhi)造現(xian)(xian)場與(yu)生(sheng)(sheng)產管(guan)控中(zhong)心的(de)實(shi)時(shi)交互。
2.5 / 公共資(zi)源(yuan)精細化管理
公共(gong)資(zi)源定(ding)位(wei)系統是(shi)18號(hao)智能工廠的(de)一(yi)個重要支撐。公共(gong)制造資(zi)源定(ding)位(wei)平臺(tai)融合不同的(de)定(ding)位(wei)方式(shi)并滿足不同的(de)業務需(xu)求的(de)同時，實(shi)現基礎設(she)施的(de)共(gong)用，達到(dao)減少(shao)重復建設(she)、提高(gao)基礎設(she)施利用率的(de)目的(de)。
? 通過物聯網技術實現對在制品、叉車、人員、設備資源的實時定位、追(zhui)蹤與(yu)監(jian)控;
? 實時獲取物料和運輸工(gong)具的狀態和位置等(deng)信(xin)息，并可以(yi)通過對(dui)這些信(xin)息的分析實現對(dui)物料的高(gao)效調度;
? 綜合運(yun)用WSN、RFID 和GPS等(deng)多種定位(wei)技術，滿足不同制(zhi)造資源(yuan)的定位(wei)需求(qiu)。
圖6 公共資源(yuan)定位系統結構圖
2.6 / 智能化立(li)體倉(cang)庫和物(wu)流運輸系統
智能化立體倉庫(ku)和(he)物流運輸系統實現(xian)泵車、拖泵、車載(zai)泵裝配線(xian)及(ji)部(bu)裝線(xian)所需(xu)物料的(de)暫存、揀(jian)選(xuan)、配盤功能，并與(yu)AGV配套實現(xian)工位(wei)物料自動配送至各(ge)個工位(wei)。
倉(cang)儲(chu)模式采用自動(dong)化(hua)立體(ti)倉(cang)庫存(cun)儲(chu)(主要儲(chu)存(cun)中(zhong)小件(jian)為(wei)主)+垂(chui)直升(sheng)降庫存(cun)儲(chu)(主要儲(chu)存(cun)小件(jian)為(wei)主)+平面倉(cang)庫儲(chu)存(cun)(主要儲(chu)存(cun)大件(jian)等其他(ta)特殊物資)，配合全自動(dong)化(hua)的AGV小車，把工人從繁復的運輸(shu)工作中(zhong)解放出(chu)(chu)來，使裝配區(qu)內整個物流通暢有序，改變(bian)將近(jin)總量30%的物料種類的儲(chu)存(cun)和(he)出(chu)(chu)入庫作業(ye)(ye)模式，很(hen)大程度地緩和(he)了自動(dong)化(hua)立體(ti)倉(cang)庫的出(chu)(chu)入庫作業(ye)(ye)壓力，有效地提高了整個系統的作業(ye)(ye)能力。
圖(tu)7 智能化立體倉(cang)庫(ku)和物(wu)流(liu)運輸系統結構圖(tu)
2.7 / SPC質(zhi)量(liang)在線檢測與(yu)分析
18號智能(neng)工廠(chang)通過GSP、MES、CSM及(ji)(ji)QIS的(de)整(zheng)合應用，實現了涵蓋供應商送貨、零件制造、整(zheng)機裝配、售(shou)后服務等(deng)全生命周期(qi)的(de)質檢數字化，以及(ji)(ji)SPC分析、質量追(zhui)溯等(deng)功能(neng)。
圖8 SPC系統結構圖
圖(tu)9 SPC應系統用示意圖(tu)
質檢(jian)員所使(shi)用的設備(bei)，以(yi)工業級平(ping)板電(dian)腦和(he)PDA為載體，在總裝及部裝線全面(mian)應用，實現了圖(tu)形化(hua)質檢(jian)，指導質檢(jian)員快(kuai)速、準確定位質檢(jian)部位及質檢(jian)標準。質檢(jian)項圖(tu)形化(hua)率(lv)達(da)90%以(yi)上，質檢(jian)電(dian)子化(hua)率(lv)100%，全面(mian)提升(sheng)了質檢(jian)效率(lv)。
2.8 / 生產控制中心PCC
廠(chang)房(fang)建設有(you) PCC生(sheng)產控(kong)(kong)制中(zhong)(zhong)心，通過對生(sheng)產過程中(zhong)(zhong)物料、設備、輔助生(sheng)產資源等(deng)(deng)數據(ju)采集(ji)，并集(ji)成PDM\ERP\CRM\MES等(deng)(deng)應用系統，實現訂單執行與生(sheng)產現場(chang)的集(ji)中(zhong)(zhong)管理與調度(du)。核心業務包(bao)括生(sheng)產計劃(hua)與執行管控(kong)(kong)、質量管控(kong)(kong)、物流管控(kong)(kong)，以及生(sheng)產現場(chang)視頻(pin)監控(kong)(kong)等(deng)(deng)。
圖10 PCC系(xi)統結構(gou)圖
圖11 PCC系統應用示(shi)意(yi)圖
離散型柔性制造典范
實施智能(neng)(neng)化改造后，18號廠(chang)房實現(xian)了廠(chang)內物(wu)流(liu)(liu)、裝配、質檢各(ge)環節(jie)自(zi)動化，一個(ge)(ge)訂單可逐級快速(su)(su)精準(zhun)地分解至每個(ge)(ge)工(gong)位，創造了一小(xiao)時下線(xian)一臺泵車的(de)“三(san)一速(su)(su)度(du)”，實現(xian)“產品(pin)混(hun)裝+流(liu)(liu)水”線(xian)的(de)高(gao)度(du)柔性生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產。對整個(ge)(ge)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產過程(cheng)(cheng)的(de)精益管(guan)控(kong)，大(da)(da)大(da)(da)提(ti)高(gao)了產品(pin)制(zhi)造過程(cheng)(cheng)的(de)質量、物(wu)流(liu)(liu)、生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產管(guan)控(kong)程(cheng)(cheng)度(du)，企業(ye)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產效率提(ti)高(gao)24%以上(shang)，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產周期縮短28%，減少生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產誤操作(zuo)40%，不(bu)良品(pin)率下降(jiang)14%，物(wu)流(liu)(liu)運作(zuo)效率提(ti)高(gao)18%以上(shang)，送貨速(su)(su)度(du)提(ti)高(gao)12%;節(jie)省人(ren)力成本(ben)約20%，總體制(zhi)造運營成本(ben)降(jiang)低28%，生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)產節(jie)能(neng)(neng)7%。
三一夢、智造路
作為機械制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)行業(ye)領軍者，三一集團對智能制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)積極配合(he)和大力推進，從傳統(tong)的粗放型工業(ye)生(sheng)產(chan)模(mo)式(shi)到(dao)積極探索互聯網+工業(ye)的新型生(sheng)產(chan)模(mo)式(shi)，用信息技術對制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)業(ye)進行升(sheng)級(ji)，建立先進的制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)和管理系統(tong)，做大做強中國制(zhi)(zhi)造(zao)(zao)業(ye)。
繼18號(hao)智能工廠(chang)(chang)建(jian)成(cheng)運營(ying)后，三一(yi)相繼建(jian)成(cheng)了(le)國內領先的長沙寧鄉汽車起重機(ji)智能工廠(chang)(chang)、北京(jing)南(nan)口樁機(ji)智能工廠(chang)(chang)、上海臨港挖掘(jue)機(ji)智能工廠(chang)(chang)等。目前(qian)，智能工廠(chang)(chang)技術(shu)已(yi)在十(shi)多個業務單(dan)位(wei)得(de)到應用(yong)，助(zhu)推了(le)集團生產模式的變革(ge)。
三一(yi)集團在(zai)智能制造總體規劃(hua)、技術架(jia)構、業(ye)務模式(shi)、集成模型(xing)等方(fang)面進(jin)行了有益(yi)的探索和(he)應用示范，為(wei)工程機械行業(ye)開展轉(zhuan)型(xing)升級提供了一(yi)個很(hen)好的范式(shi)與典型(xing)，也為(wei)我國(guo)裝(zhuang)備制造業(ye)由生產(chan)型(xing)制造向服務型(xing)制造轉(zhuan)型(xing)提供了新思(si)路。
